2022 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanisms of cell survival response induced by oxygen environment after ionizing radiations
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22H03032
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
平山 亮一 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 重粒子線治療研究部, 主幹研究員 (90435701)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平野 祥之 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 准教授 (00423129)
野口 実穂 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 主幹研究員 (40455283)
小西 輝昭 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 主幹研究員 (70443067)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 放射線 / 重粒子線 / 無酸素環境下での細胞培養 / DNA断片 / 微小核形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、放射線照射後の酸素環境の違いによる細胞生存にまつわる応答機構を明らかにするため、放射線誘発DNA損傷の修復過程や染色体形成異常における低酸素の影響を調べ、放射線照射後の酸素環境が細胞の生死とどのような関係があるかを明らかにし、もう一つの“照射後の酸素効果”に着目する。さらに、放射線の線質を変えることで、異なる初期損傷を誘発し、その損傷に対する低酸素環境下での細胞応答も明らかにすることで、放射線治療効果を向上させる酸素を使った新たな治療戦略を提案するための新知見を見いだすことを目標としている。
2022年度は、放射線抵抗性を引き起こす無酸素環境下（0％酸素濃度）で放射線を照射し、継続して無酸素環境下でのDNA断片の修復動態と微小核形成を指標とした染色体異常頻度を調べた。比較対照群としては、低酸素下での放射線照射後、大気環境下（21％酸素濃度）でのDNA断片の修復動態と染色体異常頻度を調べた。X線照射において、照射後の無酸素環境下ではDNA断片の修復効率は低下し、高LETのAr線においても同様の結果を示した。一方、微小核形成を調べると、X線やAr線照射後の無酸素下での培養で、微小核形成の頻度が大気下培養よりも低下していることがわかった。
つまり、無酸素環境下はDNA断片における修復効率を低下させる効果を見せる一方、染色体異常である微小核形成を抑制させる効果があることがわかった。異なる生物エンドポイントにおいて、無酸素による生物効果もしくは無酸素に対する生物応答の違いが観察されたことから、放射線の生物効果における酸素の関与は放射線照射時のみならず照射後においても重要な役割があることを示唆する結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度では、X線や重粒子線照射に対する定電圧電気泳動法を用いたDSBの定量評価および修復効率を調べ終えることが出来た。また、微小核形成を指標にした染色体異常のエンドポイントについても、概ねデータの取得に成功したが、重粒子線のマシンタイムが年々減少しているため、少ないマシンタイムでの効果的なデータ取得を目指している。
DNA損傷や染色体異常を指標した実験では、DNA修復の関与を調べるため予備的ではあるが、DNA修復欠損細胞におけるデータ取得を始め、実験系として確立させることが出来た。次年度はDNA修復の関与についても調査していく予定である。
低酸素環境下での長期細胞培養を実現させるため、1％酸素濃度にコントロールした低酸素ワークステーションおよび低酸素インキュベータによる培養細胞の予備的実験を開始した。1％酸素環境下での培養および長期飼育できる実験条件を決めることが出来、次年度以降、短期間の無酸素実験に加え、長期間での低酸素環境下での実験も行えるようになった。低酸素の指標としてHIF1αの発現を調べ、ハムスター細胞、マウスがん細胞ならびにヒトがん細胞で大気環境下では定量が難しいHIF1αの発現をウエスタンブロットで確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
微小核形成を指標にした染色体異常のエンドポイントについても、概ねデータの取得に成功したが、統計的な評価を行うまでには至っていないため、2年目も継続して調査を行う予定である。当初予定していた、二動原体染色体異常についても継続してデータ取得に努める予定である。X線実験を中心に、無酸素環境下での培養細胞のDNA修復動態のメカニズム解明を進める目的で、DNA修復欠損細胞を使った実験を始める予定である。候補として、今まで用いてきたCHO細胞を親株とする非相同末端結合（NHEJ）欠損細胞2種類と相同組換え（HR）欠損細胞2種類に加え、ワイルドタイプをもう1種類加えて実験を行う予定である。
低酸素ワークステーションおよび低酸素インキュベータでの予備運転を踏まえ、放射線照射前・後の低酸素（1％酸素）環境下での培養を試み、コロニー形成法による放射線感受性の調査を開始する。照射前・中・後を1％酸素で保ちつつデータ取得に必要な条件設定を行いながら進めていく予定である。合わせて低酸素ストレスに対する細胞内分子変化についても着目し、DNA損傷修復や細胞周期などの放射線感受性因子のタンパク発現等を分子生物学的手法によって明らかにしていく予定である。
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